99
закончились гибелью людей. Страдали также и животные, являющиеся, как и люди, консументами в цепочке питания. Кошки, обитавшие в поселке и питавшиеся рыбой, первыми подверглись воздействию ртутных соединений, оказавшись более восприимчивыми. Это выразилось в нарушении движений, координации, гибели животных. В те годы только при массовых поражениях людей обратили внимание на это явление, а фабрика еще несколько лет продолжала функционировать в прежнем режиме. Этот случай стал одним из классических примеров поражения соединениями тяжелых металлов в результате биоконцентрирования в пищевых цепях.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
5.2 Взаимодействие токсиканта и организма
Организм – это тоже система, которой свойственна некоторая степень устойчивости к поражающим факторам. Ксенобиотик, токсикант, загрязняющее вещество – можно назвать по-разному, смысл один – это повреждающий экологический фактор, который проникает в организм, выводится из него и/или депонируется в нем.
Путями проникновения служат органы дыхания – аспирационный или ингаляционный путь. С воздухом токсичные пары проходят в альвеолы легких и оттуда через тонкие стенки попадают в кровь. Кожные покровы также могут служить входом для токсиканта во внутреннюю среду организма, посредством проникновения через липидный слой кожи, – резорбтивный путь. Алиментарный путь – с водой и пищей токсичные вещества могут попасть в желудочно-кишеч- ный тракт.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Элиминация (от лат. eliminatum – выносить за порог, уда-
лять) – удаление чужеродных веществ (ксенобиотиков) из организма, происходит в результате биотрансформации и с естественными отправлениями (экскрециями).
Биотрансформация – метаболическое превращение чужеродных веществ, в результате которого они снижают свою растворимость в липидах, увеличивая свою водорастворимость.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Вещества, как правило, теряют биологическую активность и выводятся из организма через поры кожи и сальные железы, почки и желудочно-кишечный
100
тракт. Основной орган, принимающий участие в метаболизме токсикантов, – это печень.
В общем биотрансформация ксенобиотиков в организме является двухфазным процессом:
I фаза – окисление, гидролиз, восстановление и т. д. Ферменты I фазы биотранформации представлены семейством окислительных ферментов цитохромов Р-450, которые катализируют процессы окисления чужеродных веществ за счет активации молекулярного кислорода. В основном процессы окисления ксенобиотиков протекают в печени.
II фаза – конъюгация (или истинная детоксикация). Осуществляется ферментами конъюгации (УДФ-глюкуронил-, глютатион-ЗН-транферазы, сульфатазы, метилазы и пр.), которые внедряют в окисленную молекулу вещества остаток глюкуроновой, серной, уксусной кислоты, метильную группу или остаток глютатиона.
При математическом моделировании процессов распределения и выведения лекарств и токсинов организм обычно условно представляют в виде двухкамерной модели, включающей центральную (кровь и органы, интенсивно омываемые кровью) и периферическую камеры (мышцы, кожа, жировые депо).
Окончательно элиминация происходит только из центральной камеры. Вещества, находящиеся в периферической камере, предварительно транспортируются с током крови в центральную камеру, а затем подвергаются элиминации.
Процессы элиминации описывают рядом параметров:
1.Константа скорости элиминации – это часть от концентрации вещества в крови, удаляемая за единицу времени, %.
2.Период полувыведения – время, за которое концентрация вещества в крови уменьшается в 2 раза.
3.Общий клиренс (от англ. clearance – очищение) – объем жидких сред организма, освобождающихся от вещества в результате биотрансформации, выведения с желчью и мочой (в мл/мин
кг ). Различают почечный и печеночный клиренс. Клиренс зависит от состояния ферментных систем и интенсивности кровотока.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
Пример · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
|
|
Примеры путей поступления, метаболизма и выведения из организма полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорированных бензолов (ХБ).
101
В организм млекопитающих и человека полихлорированные бифенилы (ПХБ) могут проникать через кожу, легкие и желудочно-кишечный тракт. На производстве основной способ поступления веществ – через кожные покровы, в то время как в повседневной жизни большее количество веществ поступает в организм с загрязненной пищей. Попав в кровь, вещества быстро накапливаются в печени и мышцах, откуда затем перераспределяются в жировую ткань. ПХБ метаболизирует в основном в печени. Основные пути выведения: с желчью в содержимое кишечника и через почки с мочой.
Хлорированные бензолы (ХБ) – липофильные вещества и потому способны к биоаккумуляции в тканях животных и человека. В опытах на животных показано, что вещества, попавшие в организм, метаболизируют в печени до хлорированных фенолов. Метаболизм веществ в организме человека практически не изучен. У лиц, подвергшихся воздействию ХБ, метаболиты определялись в крови, жировой ткани, моче, выдыхаемом воздухе. Полагают, что ХБ могут депонироваться (сохраняться) в тканях человека на период до 15 лет [39].
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Депонирование веществ в организме
В крови вещества транспортируются в форме комплексов (депо) с белками крови. Слабые кислоты связываются с альбуминами, слабые основания связываются с кислыми а-гликопротеинами. Взаимодействие с белками носит в основном обратимый характер. Это означает, что он не приводит к образованию прочных ковалентных связей, а взаимодействие происходит в основном за счет ван- дер-ваальсовых, ионных, дипольных сил, водородных связей. В ряде случаев образуются реактивные электрофильные метаболиты веществ, которые взаимодействуют с белками крови по свободнорадикальному механизму с образованием ковалентных связей, которые более прочны, чем предыдущие.
Депонированные в комплексе с белками вещества не оказывают биологического действия, поэтому при дефиците белков крови (голодании, заболеваниях печени, паразитарных инвазиях, несбалансированном питании, ожогах) возрастает доля свободной (не связанной с белками крови) фракции вещества с усилением его биологической активности (токсичности).
Кроме того, связывание веществ с белками зависит:
от возраста: у детей и пожилых людей синтез альбуминов крови снижен;
от пола: у женщин и самок млекопитающих женские половые гормоны (эстрогены) могут вытеснять ряд веществ из связи с альбуминами крови. К концу беременности как у человека, так и у животных снижается
102
синтез альбуминов, что приводит к снижению связывания веществ с белками крови.
Различные вещества могут образовывать комплексы и депонироваться не только с белками. Вещества с высокой липофильностью депонируются в жировой ткани (ароматические и алифатические галогенуглеводороды, барбитураты). Из жировых депо они способны вновь поступать в кровь и головной мозг и оказывать свое действие в течение продолжительного времени. Некоторые вещества способны избирательно накапливаться в отдельных органах (например, сердечные гликозиды создают в сердце концентрацию в 4–10 раз большую, чем в крови). Тетрациклин избирательно накапливается в костной ткани.
Кроме того, организм имеет барьеры, препятствующие поступлению ксенобиотиков в жизненно важные органы и системы.
Барьеры, препятствующие поступлению чужеродных веществ в организм
Из крови вещества поступают в организм, преодолевая гистогематические барьеры, разделяющие кровь (haema) и ткань (hystos). К их числу относятся:
1.Капиллярная стенка. Капилляры являются мельчайшими кровеносными сосудами, пронизывающими все ткани организма, они легко проницаемы как для липофильных, так и для гидрофильных веществ.
2.Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) разделяет кровь и головной мозг. Через ГЭБ путем простой диффузии проникают только высоколипофильные вещества. При воспалительном процессе (например, при клещевом энцефалите) проницаемость ГЭБ для ксенобиотиков резко возрастает.
3.Плацентарный барьер разделяет кровообращение матери и плода. К плоду поступают только не связанные с белками, липидорастворимые вещества с небольшим молекулярным объемом. Высокомолекулярные вещества не проникают через плацентарный барьер.
4.Гематоофтальмический барьер разделяет кровь капилляров и внутриглазную жидкость в камерах глаза. Через гематоофтальмический барьер проникают только высоколипофильные вещества [40].
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
Выводы · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
|
|
Водная оболочка Земли – гидросфера – обладает средствами сохранения своего гомеостаза, способствуя переносу, осаждению загрязняющих веществ,
103
включению их в состав относительно инертных донных отложений. В то же время здесь имеют место схожие с атмосферными процессы фотолиза и гидролиза загрязняющих веществ, что может привести как к снижению их токсичности, так и к повышению.
Почва, благодаря своему уникальному составу, обладает физико-химиче- скими свойствами, способствующими консервации загрязнений.
В литосфере и гидросфере велика роль биоценоза – микроорганизмов и макроорганизмов, обладающих сапротрофным типом питания и способных разлагать и трансформировать не только естественно образованную органику этих сред, но и ксенобиотики – чужеродные загрязняющие вещества, в большинстве случаев снижая их токсичность. Поэтому вопрос охраны естественных биоценозов и микроценозов особенно актуален в настоящее время.
Организм человека и животных также снабжен системами, способными упрощать строение внедрившихся токсикантов и делать их более мобильными (например, перевод жирорастворимых соединений в водорастворимые), что обеспечивает эффективность их вывода из организма.
Существует тенденция накопления сложно выводимых веществ, например тяжелых металлов и их соединений, в живых организмах. При этом депонируемые вещества накапливаются и концентрируются (явление биомагнификации) по мере продвижения по цепи питания от продуцентов к консументам высших порядков, что делает эти организмы высокотоксичными и опасными для их последующих потребителей. Например, хищные рыбы, являющиеся консументами второго и третьего порядков, могут провоцировать отравления питающихся ими людей и наземных животных, как это имело место в Японии.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Контрольные вопросы по главе 5
·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
1.В чем заключается принцип Ле Шателье – Брауна?
2.Назовите реакции абиотической трансформации веществ.
3.Какие механизмы самоочищения водоемов вам известны?
4.Какие процессы происходят с загрязняющими веществами в экосистемах при биотической трансформации?
5.Какие защитные свойства почвы вам известны?
104
6.Какие барьеры в организме препятствуют поступлению в него загрязняющих веществ?
7.Как ртутьсодержащие вещества попадали в организмы людей при загрязнении ртутью водоема в Японии?
Раздел III
Воздействие антропогенного фактора на экосистемы и меры их защиты